Como questões como as reservas de recursos de lítio, a segurança das baterias e o respeito pelo ambiente são cada vez mais fermentadas, a indústria está a prestar cada vez mais atenção à aplicação de armazenamento de energia renovável. Nos últimos anos, registaram-se muitos avanços na nova tecnologia de baterias para substituir o lítio.
1. Deficiências das pilhas de lítio
- Segurança
O lítio é um metal altamente reativo e inflamável, pelo que as baterias de lítio têm de ser mantidas a uma temperatura adequada e em condições que não permitam uma sobrecarga ou um curto-circuito, caso contrário podem provocar reacções em cadeia, como a fuga térmica, ou mesmo incendiar-se ou explodir.
- Escassez
O lítio é um componente essencial das baterias de lítio, mas os recursos de lítio na Terra são limitados. As futuras baterias de armazenamento de energia não devem depender demasiado dos recursos de lítio ou de novas tecnologias de baterias para substituir o lítio.
- Sustentabilidade
As baterias de lítio requerem operações de extração prejudiciais para o ambiente de metais como o lítio, o cobalto e o níquel, não sendo possível evitar a contaminação por iões de metais pesados de chumbo solúveis na água.
Atualmente, 70% dos recursos mundiais de lítio estão distribuídos na América do Sul e 80% dos recursos de lítio do meu país dependem de importações como bateria de lítio ups.
No futuro, será difícil para as baterias de lítio satisfazerem as necessidades das duas principais indústrias de veículos eléctricos e de armazenamento de energia na rede com uma nova tecnologia de baterias que substitua o lítio.
- Durabilidade
O desempenho das baterias de lítio degrada-se com o tempo. Várias tensões químicas e físicas reduzem o número de iões de lítio disponíveis na bateria e a sua capacidade de manter a carga no âmbito da nova tecnologia de baterias para substituir o lítio.
2. Nova tecnologia de baterias para substituir o lítio
- Bateria aquosa de iões de zinco:
As baterias de iões de zinco são uma nova tecnologia de baterias para substituir as baterias aquosas de lítio, desenvolvida nos últimos anos. Em comparação com as baterias de lítio convencionais, as baterias aquosas de iões de zinco têm as vantagens de uma elevada densidade energética em comparação com densidade energética das pilhas de lítioA bateria de lítio é uma das baterias mais eficientes e seguras do mundo, com um processo de descarga eficiente e seguro, materiais de bateria simples e um processo de preparação simples, sendo melhor do que as baterias químicas de lítio.
As propriedades são mais estáveis e a pressão do custo das matérias-primas é menor. Tem um elevado valor de aplicação e perspectivas de desenvolvimento nos domínios das baterias eléctricas, armazenamento de energia de grande duraçãoA bateria de iões de zinco aquosa é uma boa escolha para a produção de energia fotovoltaica, eletrónica de consumo, eletrónica flexível para vestir, armazenamento de energia em grande escala, etc. Por exemplo, o armazenamento da produção de energia fotovoltaica em grandes áreas requer baixo preço e elevada segurança, e as baterias aquosas de iões de zinco são uma boa escolha.
- Bateria de iões de sódio:
O sódio e o lítio pertencem à mesma nova tecnologia de bateria para substituir o lítio, e ambos apresentam um comportamento eletroquímico de carga e descarga semelhante ao da "cadeira de balanço" no funcionamento da bateria. As reservas de sódio são muito mais abundantes do que as de lítio.
O sal do oceano pode ser utilizado para extrair sódio, o que pode reduzir o custo de produção das baterias. Ao mesmo tempo, o desempenho eletroquímico das baterias de iões de sódio é relativamente estável, é fácil de passivar e desativar durante a fuga térmica, e o seu desempenho experimental de segurança é uma nova tecnologia de bateria para substituir o lítio, melhor do que o das baterias de iões de lítio.
- Bateria de lítio-enxofre:
As baterias de iões de lítio utilizam cobalto nos seus ânodos, mas o cobalto é difícil de obter. As baterias de lítio-enxofre (Li-S) podem resolver este problema utilizando enxofre como material do cátodo. Para além de substituírem o cobalto, as baterias de lítio-enxofre oferecem várias vantagens, nomeadamente uma maior densidade energética e custos de produção mais baixos.
O maior problema das actuais baterias de lítio-enxofre é a sua rápida taxa de degradação. Por conseguinte, embora as baterias de lítio-enxofre tenham sido utilizadas na energia solar e na aviação, é necessária uma investigação contínua para tornar esta tecnologia adequada para os produtos electrónicos do dia a dia.
- Bateria de estado sólido:
As baterias de estado sólido utilizam electrólitos inorgânicos sólidos e podem suportar ambientes agressivos e flutuações de temperatura severas na nova tecnologia de baterias para substituir o lítio. Para além de terem um menor risco de incêndio, as baterias de estado sólido podem armazenar mais energia do que as baterias de lítio. A maior condutividade dos electrólitos sólidos também resulta em tempos de carregamento mais rápidos, o que significa que os dispositivos que utilizam esta tecnologia têm melhor capacidade e velocidades de carregamento.
- Célula de combustível de hidrogénio:
Embora não sejam exatamente iguais às baterias de lítio recarregáveis, as células de combustível de hidrogénio tornaram-se uma alternativa popular para o fornecimento de energia limpa. O princípio consiste em combinar o hidrogénio armazenado com o oxigénio do ar para produzir eletricidade e vapor de água.
Os subprodutos da reação são totalmente compatíveis com o ambiente. No entanto, as pilhas de combustível a hidrogénio também apresentam algumas deficiências. Por exemplo, quando aplicadas à indústria automóvel, é necessário estabelecer uma rede de estações de reabastecimento de hidrogénio, e a construção de células de combustível de hidrogénio é também bastante dispendiosa. Atualmente, não existem muitas regiões com as infra-estruturas necessárias para fornecer combustível para os depósitos de hidrogénio. Mais informações sobre sistema de armazenamento solar para varandas.
- Bateria aquosa de magnésio:
Numa tentativa de reduzir os perigos e os riscos das pilhas recarregáveis, alguns investigadores propuseram a utilização de iões de magnésio como portadores de carga. As vantagens são a abundância de magnésio e a carga iónica mais elevada do que a do lítio na nova tecnologia de baterias para substituir o lítio. Isto significa que é possível obter uma maior densidade energética com uma bateria do mesmo tamanho. Podem também ser utilizados electrólitos aquosos (água) em vez de líquidos orgânicos inflamáveis.
Embora promissoras, as baterias aquosas de magnésio estão ainda nas primeiras fases de investigação. A tecnologia enfrenta várias limitações que a impedem de se tornar rapidamente um substituto das baterias de iões de lítio.
Por exemplo, os materiais catódicos existentes adequados para o lítio não podem ser utilizados para o magnésio. A utilização de um eletrólito aquoso limita a tensão máxima da bateria porque a água se decompõe a tensões mais elevadas.
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